中核集团北京化工冶金研究院研究员高级工程师祝振鑫对饮水与健康及纳滤技术等热点问题的解读
慧聪净水网近年来，膜技术得到快速发展，纳滤作为其中一种新兴的膜分离技术，受到行业专家和业内人士的广泛关注。中核集团北京化工冶金研究院研究员级高级工程师祝振鑫在“膜专家群”上发起的几场学术讨论中发表了《膜技术前沿和热点问题的思考和讨论（五）》一文，针对膜技术讲述了自己的看法和观点。祝振鑫老师曾任北京市膜学会第一至三届常务理事、液体分离膜及其应用专业委员会主任，中国海水淡化和水再利用学会第四届副秘书长，现任《膜科学与技术》杂志编委，编著专著10多部，发表论文20余篇，拥有专利8项，在膜技术造诣较深。
本文重点摘录整理了祝振鑫老师针对饮水与健康，纳滤膜的定义、纳滤膜的分离机理、纳滤膜对各种物质的去除效果、纳滤膜的种类等方面的观点，以供大家学习参考。
饮水与健康
水是生命的基础，但随着人类活动和工农业生产的发展，不少水源水体受到了污染，传统净化处理工艺已不能达到水质标准的要求，于是各种膜处理技术（包括超微滤、纳滤和反渗透）越来越多地应用于饮用水的深度处理，以反渗透膜和纳滤膜为核心技术的家用净水器也日益普及。
祝振鑫老师在文中引用了陆军军医大学（原第三军医大学）军事预防医学院环境卫生学教研室主任、博士生导师舒为群教授等人的观点。舒教授等人认为，“高脱盐的反渗透膜及致密型纳滤膜能有效截留饮用水中可能存在的有机杂质，从而进一步保障饮用水的安全。但过量去除水中的无机离子，特别是钙／镁离子、氟离子和微／痕量无机离子，则可能会降低饮用水的健康（属）性。
根据舒教授等人论文介绍，联合国世界卫生组织负责编写、出版和发行的2004年滚动版《饮用水水质指南》中就对饮用不含矿物质的水的健康风险进行了系统而详细的阐述，指出：完全或几乎完全去除了矿物质的饮用水有充分的研究证据表明，它们在未被再矿化以前不适合作为人类饮水，其健康危害体现在：
1）当被急性大量饮用时，可直接引起肠粘膜的渗透性休克、细胞内外水分及电解质的失衡，同时还容易引发运动员的低钠性水中毒及婴幼儿的代谢性酸中毒等；
2）长期饮用则可直接或间接导致机体对有益矿物质（镁、硅、钒、锂、锰、铬、锶、钴等在水体中溶解状态良好的微量元素）的低吸收甚至零吸收。尽管饮水不是这些元素的主要来源，但它们在食物中处于缺乏或边缘性缺乏状态时，饮水途径的补充就非常重要；
3）不含矿物质的饮水也失去了天然水对健康的间接保护作用，如防止烹制食物中矿物质元素的丢失，防止储水容器中铅、铜等有害元素的溶出，竞争性地拮抗环境毒物与肠道细胞膜二价离子转运蛋白的结合，从而减少其暴露风险等;
4）2016年美国、卡塔尔、阿联酋三国学者对海湾国家长期大规模饮用脱盐水后人群的肿瘤发生状况进行了系统总结，其主要结论有：该地区人群电解质紊乱发生率较高，人群消化系统（咽部、食道、结直肠等）癌症发病率在迅速增加（预测到2030年将是目前的2倍）。该地区很大比例的癌症发生在年轻人身上，可能与年轻人大量消费脱盐水有关。
舒为群教授等人认为，长期饮用脱盐水可诱发电解质紊乱，如低钠血症、低镁血症和低钙血症，同时引起体液渗透压的改变，影响细胞容量和血压，产生渗透压应激反应。电解质紊乱可以形成有利于肿瘤生长的微环境，而渗透压应激可诱导DNA损伤。这些都为肿瘤的发生提供了有利条件。
纳滤技术，保障饮用水安全健康
从饮水的健康角度来讲，采用纳滤技术，适当保留饮用水钙／镁元素和TDS，尽可能多地去除有机杂质和有毒有害无机离子，保障了饮用水的健康性，在口感方面也可能更容易被人群所接受。
1、纳滤膜的定义
由于纳滤膜的种类不同，用途各异，很难用简单的一、二句话来全面地概括纳滤膜的定义，因此，祝振鑫老师建议分几个层次来定义纳滤膜：纳滤膜是一种表面带有负电荷的、用于脱除多价阴离子的盐类并部分脱除其它离子的盐类的半透膜；或者一种表面带有正电荷的、用于脱除多价阳离子和一价阴离子组成的盐类并部分脱除其它离子的盐类的半透膜；或者一种带有电荷的、用于分离一二价离子的混合盐的半透膜；或者一种带有电荷的、用于脱除部分无机盐类且分子量在200～1000有机物的半透膜。
2、纳滤膜的分离机理
本来，无论是反渗透膜还是纳滤膜，都是靠膜孔径对不同半径物质的筛分作用进行物质的分离的，其性能指标只有脱盐率或盐的截留率，并没有离子去除率这种性能指标。后来，由于膜上带有了电荷后，除了靠膜孔径的筛分作用外，发现膜上的电荷对一价离子和多价离子显示出不同的排斥或吸引作用对物质的分离也有很大的影响，有时是根本性的影响，才有了离子去除率这个概念。
纳滤膜对离子的分离是一个复杂的过程，在压力驱动下，溶液中的离子是不能单独地穿过膜孔的，它必须拖拉着它的平衡离子——电性相反的离子以电中性的盐分子形式一起通过膜，以维持膜两边溶液宏观电中性的需要，这样纳滤膜对离子的分离机理既与膜孔的大小、又与离子空间体积的大小有关，更与膜上所带电荷的性质——是正电荷还是负电荷，电荷密度是高还是低有关，还与所分离的离子是一价还是多价有关，更与该离子的配对平衡的异电荷离子是一价还是多价有关。
3、纳滤膜对各种物质的去除效果
纳滤膜除了靠孔径大小对盐类分子进行筛分作用之外，还靠膜表面所带的电荷对同性电荷离子的排斥作用，和对异性电荷离子的吸引作用来分离物质分子的。这样一来，纳滤膜对盐类的分离作用呈现了多种多样的情况：对于由一价阳离子和一价阴离子组成的一价离子的盐类，国标明确指出，纳滤膜的脱除能力为“部分脱除”；对于由多价阳离子和多价阴离子组成的多价离子的盐类，纳滤膜的脱除效果好，为“脱除”。但是对于由一价阳离子和多价阴离子组成的混合价态的盐类，以及由多价阳离子和一价阴离子组成的混合价态的盐类，国标并没有明确纳滤膜对它们的脱除效果，实际情况也比较复杂：膜上所带电荷的极性不同，纳滤膜对这种混合价态盐类的脱除效果也就完全不同。
大家都知道，人体中除了存在C、H、N、O这4种常量元素外，还存在许多微量元素和痕量元素，在人体中所存在的合适浓度范围下，这些元素都是人体构成和生命活动所必需的，因而都是对人体健康有益的元素，但是只要人体摄入这些元素过量或不足都会对人体健康造成伤害，以由一价离子构成的氟化物为例进行说明。
舒为群教授及其合作者特别对氟元素在人体中的作用进行了探讨，详细研究了饮水中的氟浓度与儿童健康的关系。通过研究，舒教授等人得出的结论是：“氟是人体必须的一种鹵族微量元素，对人体健康的影响是一把双刄剑。儿童是氟的敏感人群，摄取氟的主要途径为饮用水，高浓度氟会引起儿童的诸多毒性效应，而氟摄入不足可抑制骨盐及骨基质的合成，骨营养不良以及发育障碍，同时也会促成长骨过早停止发育、关节增粗以及肌肉萎缩的症状，最终导致骨质疏松的发生。因此，低浓度的氟有利于磷和钙的吸收并促进其在骨中的沉积，对骨质疏松的预防有重要作用。我国生活饮用水卫生标准要求氟化物含量不超过1.0mg/L，纳滤净水器对氟进行适度去除，是对人体健康有益的！
4、纳滤膜的类型
纳滤膜的品种繁多，有亲水性的、疏水性的、带负电荷的和带正电荷的四大类型。
用于家用净水器的纳滤膜是亲水性并带负电荷的，由于电荷的排斥作用，即使膜的孔径大于1nm，甚至达到2～3nm，仍然对离子有相当好的去除效果。由于带的是负电荷，这种膜对二价阴离子SO42-的排斥作用远远大于对一价阴离子Cl－的排斥作用，所以对硫酸盐的截留率远大于对氯化物的截留率。但是，这种膜上所带的负电荷对阳离子有吸引作用，再加上2个Na＋离子加起来的空间体积远大于一个Mg2＋离子，所以对Na2SO4的截留率反而大于对MgSO4的截留率。例如，有一种纳滤膜对Na2SO4的截留率为96～98％而对硫酸镁（MgSO4）的截留率为90%～93％；对一价阴离子和一价阳离子组成的盐氯化钠（NaCl）的截留率只有20％。
小结
纳滤技术作为一种新型的膜分离技术，能选择性去除水中的有害物质，保留对人体有益的矿物元素，充分保障饮水的安全健康；且具有产水率高、废水少、能耗低，绿色无二次污染等特点，被视为一项具有巨大前景的净水技术。未来，纳滤技术将在饮用水深度净化、城市污水深度处理等方面发挥无限潜能。
为进一步提高我国纳滤膜技术的创新研发和应用水平，推动建设健全的纳滤膜产业和市场，在中国膜工业协会工程与应用专业委员会、中国土木工程学会水工业分会、北京碧水源净水科技有限公司、时代沃顿科技有限公司、金科环境股份有限公司五家单位的带领下，成立了纳滤膜产业联盟。纳滤膜产业联盟由行业专家、业内学者及纳滤相关的企业单位组成，重点围绕纳滤技术的推广，纳滤膜标准体系的建立以及纳滤膜在行业的交流与合作等方面展开工作，为纳滤膜产业的可持续发展提供动能。同时，作为一个行业技术促进与交流的平台，纳滤膜产业联盟也希望能够有越来越多的业内外人士参与进来，在推动纳滤膜技术发展普及的同时，让我国的纳滤膜技术再攀高峰，造福全国乃至全世界的人民。
如有意向加入联盟，请联系纳滤膜产业联盟秘书处：
浦女士，电话：010-89181953；邮箱：nalvmo@126.com
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